LAPORAN PRAKTIKUM DSP MODUL 3 REPRESENTASI SINYAL DALAM DOMAIN WAKTU DAN DOMAIN FREKUENSI Disusun Oleh : Yuli Yuliantini (121014 7021) Teknik Telekomunikasi - PJJ PENS Akatel Politeknik Negeri Elektro Surabaya Surabaya 2015
MODUL 3 REPRESENTASI SINYAL DALAM DOMAIN WAKTU DAN DOMAIN FREKUENSI I. TUJUAN - Mahasiswa mampu menjelaskan perbedaan sinyal wicara dalam domain waktu dan domain frekuensi menggunakan perangkat lunak II. DASAR TEORI 2.1. Representasi Sinyal Wicara dalam Domain Waktu dan Domain Frekuensi Salah satu cara untuk mencirikan sinyal wicara dan mereprensetasikan suaranya adalah melalui representasi spectral. Cara yang paling popular dalam hal ini adalah sound spectrogram yang mana merupakan suatu bentuk gray scale image yang merepresentasikan nilai freukensi sinyal pada waktu tertentu. Gambar 1. Bentuk spectrogram dan waveform a-i-u-e-o
Intensitas spectral pada suatu titik waktu ditunjukkan dengan tingkat keabuan yang merupakan suatu bentuk analisis frekuensi particular dari sinyal wicara yang sedang diamati. Perhatikan Gambar 1 pada nilai t = 1,5 detik. Tampak bahwa banyak nilai frekuensi muncul pada bagian spectrogram-nya, ini sesuai dengan tampilan grafik domain waktu yang menunjukkan simpangan gelombang pada waktu tersebut cukup tinggi dan beragam. Sedangkan pada nilai t = 2,3 detik tampak spectrogram menunjukkan sedikit sekali warna hitam, yang menunjukkan komponen frekuensi yang muncul sangat sedikit, ini sesuai dengan bentuk gelombang dalam domain waktu yang hampir tidak ada sinyal. 2.2. Discrete Fourier Transform Salah satu cara mentransformasi sinyal dari domain waktu ke dalam domain frekuensi adalah dengan meggunakan discrete fourier transform (DFT). Persamaan (1) diatas menyatakan bahwa sinyal akan periodic pada setiap nilai N. Implementasi DFT dapat diujudkan dengan sebuah Bank Filter seperti Gambar 2 berikut ini.
Untuk mengoptimalkan proses komputasi, DFT bias dimodifikasi dengan satu algorithma yang seringkali kita kenal sebagai fast fourier transform (FFT). Dengan FFT proses komputasi bias direduksi dari N2 menjadi N log2n. Misalnya dengan menggunakan DFT kita akan melakukan transformasi sebanyak N=1024 titik, maka kita memerlukan perkalian sebanyak N2 = 1.048.567. Sedangkan dengan menggunakan FFT perkalian yang diperlukan sebanyak N log2n = 5120 perkalian. Sebuah contoh hasil penmggunakan algorithma FFT untuk system yang lebih komplek adalah untuk mengolah sinyal wicara. Pada gambar 3 ditunjukkan sebuah hasil proses FFT untuk kalimat a-i-u-e-o. Gambar 3. Spektral Frekuensi kalimat a-i-u-e-o III. PERANGKAT YANG DIPERLUKAN - 1 (satu) buah PC Multimedia lengkap sound card dan microphone - Satu perangkat lunak Matlab under windows
IV. LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN 4.1. Penataan Perangkat Sebelum melakukan percobaan anda harus melakukan penataan seperti pada Gambar 4 berikut ini. Gambar 4. Penataan perangkat percobaan recording dan editing PC harus dilengkapi dengan peralatan multimedia seperti sound card, speaker aktif dan microphone. Untuk microphone dan speaker aktif bisa juga digantikan dengan head set lengkap. Sebelum memulai praktikum, sebaiknya dites dulu, apakah seluruh perangkat multimedia sudah terintegrasi dengan PC. 4.2. Sinyal Sinus dalam Domain Waktu dan Frekuensi Pada bagian ini akan dilakukan pembangkitan sinyal sinus, mengamati bentuknya dalam domain waktu dan domain frekuensi. Langkah-langkahnya adalah seperti berikut: 1. Bangkitkan sinyal sinus dan coba anda tampilkan bentuk sinyal dan suaranya. %File Name:sinus_0.m clear all; fs=16000; t=1/fs:1/fs:1; y=sin(2*pi*800*t); sound(y,fs) plot(y)
Signal Asli berfrekuensi 800 Hz, 1 16000 sampling dalam satu frame Signal berfrekuensi 800 Hz, dengan frame 320/16000 = 20 ms (frame ke 1 320) clear all; fs=16000; t=1/fs:1/fs:1; y=sin(2*pi*800*t); sound(y,fs) y1=y(1:320) %20ms framing plot(y1) xlabel('jumlah sampling') grid on title('signal sinus 800 Hz')
2. Lakukan proses perekaman dengan menggunakan perintah wavwrite(y,fs,'sinus_0.wav') Dengan langkah ini berarti telah dilakukan recording sinyal sinus ke dalam sebuah file sinus_0.wav. 3. Coba amati bentuk sinyal sinus dalam domain frekuensi dengan memanfaatkan fungsi fft. Y_f=20*log10(abs(fft(y))); plot(y_f) axis([0 1000-100 100])
4.3. Sinyal Wicara dalam Domain Waktu dan Frekuensi Pada bagian ini kita akan melakukan pengamatan sinyal wicara dalam domain waktu dan domain frekuensi. Dengan memanfaatkan file wicara yang telah direkam dan diedit pada Percobaan 1, anda coba panggil kembali dan lakukan langkah-langkah berikut. 1. Panggil kembali sinyal wicara vokal a.wav yang telah dihasilkan pada percobaan 1. Untuk lebih yakin bahwa langkah pemrogramannya benar, coba suarakan dan gambarkan hasilnya sebagai fungsi waktu. 2. Gunakan perintah dasar pengamatan power spektral density (PSD) pada Matlab, dalam hal ini manfaatkan fungsi fft yang ada. Kemudian amati bentuk power spectral density (PSD) sinyal wicara vokal a.wav dalam sebuah gambar yang terpisah. Untuk ini harus memanfaatkan perintah dasar figure(1); untuk menggambarkan sinyal wicara sebagai fungsi waktu dan perintah dasar figure(2); untuk menempatkan power spectral density (PSD) sinyal wicara tersebut. Fs=16000; y=wavread('a.wav') N = length(y); xdft = fft(y); xdft = xdft(1:n/2+1); psdx = (1/(Fs*N)) * abs(xdft).^2; psdx(2:end-1) = 2*psdx(2:end-1); freq = 0:Fs/length(y):Fs/2; plot(freq,10*log10(psdx)) grid on title('power Desity')
xlabel('frequency (Hz)') ylabel('power/frequency (db/hz)')